基于核心素養(yǎng)的高考物理復(fù)習(xí)教學(xué)探討①
——以“帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)”為例

(江蘇省蘇州市吳中區(qū)蘇苑高級(jí)中學(xué)，江蘇 蘇州 215128)

物理教材是高考復(fù)習(xí)教學(xué)中最權(quán)威、最經(jīng)典的教學(xué)用書，立足教材對(duì)完成課程目標(biāo)具有重要的指導(dǎo)意義。本文以“帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)”復(fù)習(xí)教學(xué)為例，提出高考復(fù)習(xí)要以課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，立足教材、研討教材、領(lǐng)會(huì)教材、感悟教材，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 立足密立根油滴實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念

運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念使各個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)緊密地關(guān)聯(lián)在一起，教學(xué)中要注重滲透運(yùn)動(dòng)與力相結(jié)合的重要性，讓學(xué)生知道受力分析的目的主要是求合力，從而解出加速度，弄清運(yùn)動(dòng)模型。

例1：如圖1所示，美國科學(xué)家密立根利用實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確地測定了電子的電荷量。平行板電容器與電壓為U的恒定直流電源連接，通過顯微鏡發(fā)現(xiàn)一帶負(fù)電油滴懸浮于電容器中的P點(diǎn)，若分別發(fā)生下列變化，油滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？

圖1

(1) 電容器與電源相連，將電容器繞電容器的中心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度(d不變)(如圖2)；

圖2

(2) 電容器與電源相連，將電容器的兩個(gè)極板繞各自極板的中點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度(如圖3)；

圖3

(3) 若電容器與電路斷開，該懸浮的油滴被一個(gè)水平運(yùn)動(dòng)且等質(zhì)量不帶電的油滴擊中(如圖4)，兩油滴合二為一；

圖4

(4) 若電容器與電路斷開，在平行板電容器板間加一勻強(qiáng)磁場，設(shè)法給原來懸浮的油滴一個(gè)豎直向下的速度(如圖5)。

圖5

解析：(1) 由于U、d不變，故E不變，即重力大小依然等于電場力的大小，通過作圖易得合力方向?yàn)橛蚁路?，所以油滴向右下方做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

(3) 通過動(dòng)量守恒可知碰撞后新油滴具有向右的速度，同時(shí)新油滴合力大小為mg，方向豎直向下，則新油滴做類平拋運(yùn)動(dòng)。

(4) 由于重力和電場力平衡，合力僅為洛倫茲力，則油滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

2 立足示波管、顯像管模型，實(shí)現(xiàn)知物懂理的教學(xué)目標(biāo)

示波管和顯像管是教材中的基本模型，許多題目都是圍繞它們探討在場中偏轉(zhuǎn)問題。要使學(xué)生學(xué)會(huì)甄別模型、鎖定模型、解決模型問題，實(shí)現(xiàn)“知其然，知其所以然”的教學(xué)目標(biāo)。

例2：如圖6所示，在鉛板A上有小孔S，放射源C可通過S在紙面內(nèi)各個(gè)方向射出速率v0=2.0×106m/s的某種帶正電粒子，B為金屬網(wǎng)狀柵極，M為熒光屏，A、B、M三者平行正對(duì)，且面積足夠大，A、B間距離d1=1.0cm，電壓U=1.5×104V，且恒定不變，B、M間距離d2=4.0cm，該粒子比荷q/m=4.0×108C/kg，忽略帶電粒子與柵極的碰撞及粒子間的相互作用，不計(jì)帶電粒子的重力，求：

圖6

(1) 該帶電粒子打在熒光屏M上形成的亮線的長度。

(2) 若在BM間加一磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.25T，方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，則該帶電粒子打在熒光屏M上的亮線長度又變?yōu)槎啻?設(shè)電子從磁場返回時(shí)均被鉛板吸收)？

(3) 若單位時(shí)間從小孔S進(jìn)入的粒子在各個(gè)方向數(shù)目是均等的，求單位時(shí)間內(nèi)打到熒光屏上的粒子占出射粒子數(shù)的比值。

解析：此題從示波管和顯像管兩個(gè)基本情境衍變而來，由于其中涉及很多運(yùn)動(dòng)模型，同時(shí)涉及臨界問題的分析，有一定難度。需要引導(dǎo)學(xué)生甄別模型、鎖定模型，不能想當(dāng)然。

圖7

(3) 由題意可得到屏上的粒子數(shù)目正比于入射角范圍，結(jié)合上述兩個(gè)問題的分析可知，單位時(shí)間打到熒光屏上的粒子的比例恰好為50%。

3 立足洛倫茲力演示儀，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力

教師在課堂教學(xué)中要懂得留白，設(shè)法為學(xué)生的科學(xué)探究留下充分的時(shí)間和空間，引導(dǎo)學(xué)生自主尋找題目中的解題信息，進(jìn)而解決問題。

例3：圖8為洛倫茲力演示儀的結(jié)構(gòu)簡圖，在勵(lì)磁線圈中通入電流，可以產(chǎn)生方向垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場，某時(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.01T，勻強(qiáng)磁場內(nèi)部有半徑R=0.2m的球形玻璃泡，在玻璃泡底部有一個(gè)可以升降的粒子槍，可發(fā)射比荷q/m=108C/kg的負(fù)電粒子束，粒子加速前速度視為零，經(jīng)過電壓U加速后，沿水平方向從玻璃泡圓心的正下方垂直磁場方向水平向右射入，粒子恰好垂直打到玻璃泡的邊緣上，并以原速率反彈(碰撞時(shí)間不計(jì))，最后剛好回到發(fā)射點(diǎn)，則當(dāng)高度h為多大時(shí)，粒子回到發(fā)射點(diǎn)的時(shí)間間隔最短？求出這個(gè)最短時(shí)間tmin，不計(jì)粒子間的相互作用與粒子重力，忽略粒子束寬度。

圖8

解析：(1) 從頭開始。對(duì)于過程復(fù)雜的題目，學(xué)生常常很難較快理清思路，但是只要采用從頭開始，步步為營的策略，便可解開迷津。先利用左手定則判斷粒子水平向右剛出射后的運(yùn)動(dòng)情況，易得粒子向下偏轉(zhuǎn)直至垂直撞擊玻璃泡壁。

(2) 步步為營。由題意發(fā)現(xiàn)粒子垂直反彈后，對(duì)心入射且向右偏，結(jié)合找圓心、定半徑、畫軌跡的方式，處理好反彈后的軌跡，然后繼續(xù)探究下去，粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就顯而易見了。

(3) 層層推進(jìn)。結(jié)合最后粒子回到出發(fā)點(diǎn)這一信息可得如圖9所示的軌跡。

圖9

圖10

4 立足電磁場在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，樹立學(xué)以致用的科學(xué)態(tài)度

由于該節(jié)復(fù)習(xí)課中涉及的基本模型均為電磁場在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，所以在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注自然、關(guān)注社會(huì)的意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科技是第一生產(chǎn)力的認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生將科學(xué)服務(wù)于社會(huì)的責(zé)任感。

在高考復(fù)習(xí)教學(xué)中要立足教材，不僅僅是由于近年來高考物理對(duì)教材中基本模型的考查日益增多，更重要的是教材內(nèi)容本身就經(jīng)過精心挑選，凝練了物理學(xué)科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)了課標(biāo)的理念，在復(fù)習(xí)中應(yīng)當(dāng)在核心素養(yǎng)導(dǎo)引下挖掘教材內(nèi)容，切實(shí)提高高考物理復(fù)習(xí)教學(xué)的有效性，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。